EP0001228A1 - Improvement in an impulse-modulated electron beam device - Google Patents

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EP0001228A1
EP0001228A1 EP78100779A EP78100779A EP0001228A1 EP 0001228 A1 EP0001228 A1 EP 0001228A1 EP 78100779 A EP78100779 A EP 78100779A EP 78100779 A EP78100779 A EP 78100779A EP 0001228 A1 EP0001228 A1 EP 0001228A1
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EP
European Patent Office
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deflection
electron beam
scanning
electron
time
Prior art date
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EP78100779A
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German (de)
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EP0001228B1 (en
Inventor
Hans-Peter Feuerbaum
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/045—Beam blanking or chopping, i.e. arrangements for momentarily interrupting exposure to the discharge

Definitions

  • the invention relates to a device for electron beam scanning, as specified in the preamble of claim 1.
  • the actual device intended for electron beam scanning is a deflection system with which the electron beam is deflected as a rule between the cathode and the raster deflection via a hole diaphragm or is deflected into and out of a pinhole.
  • a deflection system is preferably behind the first anode, i. H. behind the main acceleration path (seen from the cathode), built into the electron beam system. It is at least close to the area of the beam focusing.
  • This stroboscopic scanning is then repeated with some phase shift, so that the whole, very high-frequency potential curve can be determined in the manner of a sampling method, although in the measuring device a relative time carrier effect, namely in connection with the secondary emission and the trapping of the secondary electrons, is involved.
  • This stroboscopic or sampling method requires that extremely short electron beam pulses are generated in the scanning electron microscope, the phase of which then also has to be shifted in comparison to the alternating current signal in the sample to be examined. This phase shift amounts to a shift in the pulse instant of the electron beam.
  • Such short electron beam pulses are realized according to known practice using a pinhole and such a beam deflection device, which are basically two opposing each other has elements of a deflection capacitor extending in the axial direction of the electron beam, but a deflection plate is opposed by a device which is a traveling wave device with an interdigital structure.
  • the wave of the deflection signal with which this pulse-sensing deflection device is to be operated runs at the same speed as the beam electrons passing through this deflection capacitor.
  • An interdigital structure in the sense of the invention is a finger line to be acted upon by the signal, which meshes with a second finger line lying on the ground.
  • FIG. 1 of the first-mentioned publication IEEE .... shows such a meander line with an interdigital structure.
  • a disadvantage of a deflection device as known is that the deflection field which is present between the meandering structure and the opposite electrode and which is transverse to the electron beam axis inevitably also has a longitudinal electrical field component which thus accelerates or decelerates the electrons rays. This leads to a defocusing of the electron beam, which is extremely sharply focused on the sample to be examined, which occurs in operation when the electrical deflection signal changes in the deflection device.
  • the solution according to the invention is based on the idea of providing in the underlying deflection system measures which ensure that the longitudinal component of the transverse deflection field which is recognized as disadvantageous and which is in itself undesirable is eliminated.
  • this is achieved in that the deflection device has such a symmetrical structure in which the two deflection parts contained as deflection "plates" in the deflection system are identical to one another and are symmetrical to one another with respect to the electron beam axis.
  • this measure according to the invention it is achieved that when deflection signals, which are also opposite in sign, are applied to these deflection parts, these relationships result in unchanged potential prevailing in the electron beam axis, even when the electron beam deflection process is used and carried out.
  • the electron beam remains deflected from its central position in the hole in the pinhole continue to be sharply focused.
  • FIG. 1 shows a deflection device according to the invention in a deflection system 3 in an electron beam device 1.
  • 11 denotes the cathode, 12 the Wehnelt electrode and 13 the anode which is designed as a perforated disc.
  • a first pinhole is designated 14. This has an opening of z. B. 100 microns in diameter.
  • the electron beam 15 passes from the cathode 11 through the hole of the anode 13 and the pinhole 14. He then continues through the deflection system 3 and in the absence of deflection through a second pinhole 16, which has a bore of z. B. 300 / um diameter.
  • the electron beam 1.5 then enters the interior of a vacuum tube 17, in which it then z. B.
  • the parts 11 to 16 and the deflection system 3 are located inside a vacuum-tight housing, which is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • the deflection device 3 has two deflection parts 31 and 32, which are the carriers of the actual deflection plates 33 and 34.
  • Devices 41 and 42 are provided for adjusting the deflection parts 31 and 32 and thus also the plates 33 and 34, with which the parts 31 and 32 are connected via shafts 43 and 44, respectively.
  • 431 and 441 sealing rings are designated, with which it can be seen that the adjusting devices 41 and 42 are outside the above-mentioned, not shown vacuum-tight housing.
  • lateral and angular displacements of the deflection parts 31 and 32 with respect to the beam axis 15 inside the vacuum housing can be carried out with the individual components of the adjusting devices 41 and 42.
  • the parts 33 and 34 referred to above as plates have an interdigital structure 51, as can be seen better from FIG. 2 in a top view of such a plate 33.
  • This consists of a meandering conductor track 52 and a shielding conductor track structure designated 53.
  • the structure 53 is, as shown schematically, on ground.
  • the conductor track structure 52 has an input connection 521, as indicated schematically, and an output connection 522, which is also connected to ground via a connection resistor 523.
  • a high-frequency signal entering the conductor structure 52 via the input 521 there is delayed in accordance with the meandering path in the direction shown by the arrow 15, corresponding to the path lengthening.
  • an interdigital structure 51 is well known to the person skilled in the art and the arrow 15 of FIG. 2 is identical to the beam axis indicated in FIG. 1 or with the electron beam 15 drawn in there.
  • the structure designated 53 serves with its meandering shape Structure 52 engaging fingers avoiding dispersion properties as is known in principle.
  • the dimensioning of an interdigital structure 51 depends in a manner known per se on the beam velocity, ie the acceleration voltage, of the electron beam 51 in a manner which is also known.
  • the interdigital structure 51 can be a cantilever structure or also on a plate made of dielectric material. According to the invention, both deflection parts 31 and 32 have identical interdigital structures 51 at the location of the plates 33 and 34 mentioned.
  • the interdigital structures 51 of the two plates 33 and 34 are supplied with deflection signals at the connections 521, which have opposite polarities in the two mutually opposing interdigital structures.
  • This measure according to the invention has the effect that even if there are non-zero potentials in the mutually opposite interdigital structures 51, the potential in the beam axis 15 does not experience any field component in the longitudinal direction at least from these signals supplied to the deflection system 3.
  • the signals on the mutually opposing interdigital structures 51 only transverse fields are effective on the electron beam 15, namely with the electrons of the electron beam 15 running at the same speed.
  • the synchronism between the electron beam and the deflection signal on the meander of the conductor track structure 52 brings about a constant, constant deflection action over the length of the plates 33 and 34 on the electrons traveling synchronously in the electron beam.
  • the electrons of the electron beam 15 then experience one such great distraction that they no longer pass through the opening of the pinhole 16 and are thus hidden from the electron beam.
  • the invention ensures that electrons, which experience a deflection by which they are not yet faded out, at least do not experience any longitudinal acceleration, which, as in the prior art, can lead to defocusing at the target location, which has been found to be disruptive.
  • FIG 3 shows a schematic diagram of the two signal voltages 61 and 62 which are to be applied to the respective input connections 521 of the interdigital structures 51 of the two deflection parts 33 and 34 for beam scanning.
  • the time is plotted on the abscissa of FIG. 3.
  • the ordinate plots the positive potential of one of the two interdigital structures 51 upwards and the negative potential of the other interdigital structure 51 on the opposite side.
  • the dashed lines 105 and 106 denote two potential values which indicate the threshold for electron beam scanning.
  • the vertical dashed lines 107 and 108 enclose the time range of the electron beam device, which, for. B. has a length of 350 psec. It can be seen from FIG. 3 that a transverse field acts on the electrons over a considerable period of time during the scanning of the electron beam. According to the invention, however, no longitudinal field acts on these electrons during this time, which - as the inventor has recognized - has led to the defects in corresponding devices of the prior art.
  • a pinhole as denoted by 16 is not always required for scanning the electron beam.
  • the electron beam current present during the times of the electron beam can also be deflected away onto the plates of the deflection device (from the beam axis) instead of onto an aperture 16, because, as with known corresponding devices, the device according to the invention also provides that the plates 33 and 34 or the mutually opposing interdigital structures 51 are only a short distance from one another and there is just enough space in between to allow the electron beam to pass through (when electron beam scanning).
  • the two are symmetrical about the beam axis arranged deflection parts of the deflection system impulses with steep flanks, but not necessarily short impulse width.
  • the pulse applied to one deflection part is shifted in time relative to the other pulse applied to the opposite deflection part such that there is only a slight temporal overlap of the two pulses (seen in the time diagram).
  • pulses 203 and 204 show the above-described relationships in an easily understandable form.
  • the details of the illustration in FIG. 4 correspond to those in FIG. 3.
  • pulses 203 and 204 are opposite to each other. standing deflection parts 33, 34 rest, as can be seen shifted in time.
  • the relatively short beam pulse 200 shown in FIG. 5 occurs during this time interval.
  • Its edges depend both on the edges of the pulses 203 and 204 and on the control sensitivity of the device according to the invention.
  • no comparably short pulses are advantageously required, but pulses such as the comparatively considerably larger width shown are sufficient.
  • Such impulses can be generated in a simple manner.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektronen strahleintastung für ein Elektronenstrahlsystem mit einem Ablenksystem zur zeitlich steuerbaren Ablenkung des Elektronenstrahles aus seiner vorgesehenen Strahlachse zur Strahlaustastung, wobei das Ablenksystem eine Ablenkeinrichtung mit zur Strahlgeschwindigkeit angepaßter Laufzeitwirkung für das Ablenksignal hat. Die Ablenkeinrichtung (31, 32) bezogen auf die Strahlachse (15) hat zueinander symmetrische Teile (33, 34, 51), an die Ablenksignale mit jeweils zueinander entgegengesetztem Vorzeichen anzulegen sind, so daß auch bei Strahlablenkung gleichbleibendes axiales Potential vorliegt. Die Erfindung wird angewendet bei Rasterelektronenmikroskopen und Elektronenstrahlschreibvorrichtungen.The invention relates to a device for electron beam scanning for an electron beam system with a deflection system for the time-controllable deflection of the electron beam from its intended beam axis for beam blanking, the deflection system having a deflection device adapted to the beam speed of the time-of-flight effect for the deflection signal. The deflection device (31, 32) with respect to the beam axis (15) has mutually symmetrical parts (33, 34, 51) to which deflection signals with opposite signs are to be applied, so that the axial potential remains constant even when the beam is deflected. The invention is applied to scanning electron microscopes and electron beam writing devices.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektronenstrahleintastung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.The invention relates to a device for electron beam scanning, as specified in the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Elektronenstrahleintastung bei einem Elektronenstrahlsystem eines Rasterelektronenmikroskops zu verwenden. Die eigentliche zur Elektronenstrahleintastung vorgesehene Einrichtung ist ein Ablenksystem, mit dem der Elektronenstrahl im Regelfall zwischen Kathode und Rasterablenkung über eine Lcchblende hinweg abgelenkt wird bzw. in eine Lochblende hinein und aus dieser wieder heraus abgelenkt wird. Solch ein Ablenksystem ist vorzugsweise hinter der ersten Anode, d. h. hinter der Hauptbeschleunigungsstrecke (von der Kathode aus gesehen), in das Elektronenstrahlsystem eingebaut. Es befindet sich dabei wenigstens nahe dem Bereich der Strahlfokussierung.It is known from the prior art to use electron beam scanning in an electron beam system of a scanning electron microscope. The actual device intended for electron beam scanning is a deflection system with which the electron beam is deflected as a rule between the cathode and the raster deflection via a hole diaphragm or is deflected into and out of a pinhole. Such a deflection system is preferably behind the first anode, i. H. behind the main acceleration path (seen from the cathode), built into the electron beam system. It is at least close to the area of the beam focusing.

Es ist übliche Praxis, mit einem Rasterelektronenmikroskop Potentialkontrastmessungen, insbesondere an integrierten Schaltungen der Halbleitertechnik, durchzuführen. Mit diesen Messungen lassen sich Potentialverläufe in beispielsweise Leiterbahnen elektronenoptisch aufnehmen, wobei besonderes Interesse an Potentialver- änderungen bei sehr hohen Frequenzen und hochfrequenten .Impulsströmen vorliegt. Da an sich die bei der Potentialkontrastmessung mit Elektronenstrahl ausgenutzte Auswertung der Sekundärelektronen-Emission zumindest nicht geeignet ist, sehr rasche Vorgänge, z. B. mit 107 bis 109 Hz, zeitgetreu aufzunehmen, hat man das sog. Stroboskop-Prinzip angewendet, das aus der Hochfrequenzmeßtechnik unter dem Begriff "sampling" bekannt ist. Es erfolgt dabei ein mehrfaches korreliertes Abtasten einer gewünschten Stelle, deren Potentialkontrast festgestellt werden soll. Dieses stroboskopische Abtasten wird dann mit etwas Phasenverschiebung wiederholt, so daß nach Art eines sampling-Verfahrens der ganze, sehr hochfrequente Potentialverlauf festgestellt werden kann, obwohl in der Meßeinrichtung ein relativer Zeitträgereffekt, nämlich im Zusammenhang mit der Sekundär-Emission und dem Einfangen der Sekundärelektronen, beteiligt ist.It is common practice to use a scanning electron microscope to carry out potential contrast measurements, in particular on integrated circuits in semiconductor technology. These measurements can be used to record potential courses in, for example, conductor tracks electron-optically, with particular interest in potential changes at very high frequencies and high-frequency pulse currents. Since the evaluation of the secondary electron emission used in the potential contrast measurement with electron beam is at least not suitable, very rapid processes, e.g. B. with 10 7 to 10 9 Hz, true to time, the so-called stroboscopic principle has been used, which is known from high-frequency measurement technology under the term "sampling". There is a multiple correlated scanning of a desired point, the potential contrast of which is to be determined. This stroboscopic scanning is then repeated with some phase shift, so that the whole, very high-frequency potential curve can be determined in the manner of a sampling method, although in the measuring device a relative time carrier effect, namely in connection with the secondary emission and the trapping of the secondary electrons, is involved.

Dieses Stroboskop- oder sampling-Verfahren erfordert, daß äußerst kurze Elektronenstrahlimpulse im Rasterelektronenmikroskop erzeugt werden, deren Phase dann zudem noch vergleichsweise zum Wechselstromsignal in der zu untersuchenden Probe zu verschieben ist. Diese Phasenverschiebung läuft auf eine Verschiebung des Impulszeitpunktes des Elektronenstrahls hinaus.This stroboscopic or sampling method requires that extremely short electron beam pulses are generated in the scanning electron microscope, the phase of which then also has to be shifted in comparison to the alternating current signal in the sample to be examined. This phase shift amounts to a shift in the pulse instant of the electron beam.

Derart kurze Elektronenstrahlimpulse werden gemäß bekannter Praxis unter Verwendung einer Lochblende und einer solchen Strahl-Ablenkeinrichtung verwirklicht, die im Grunde genommen zwei einander gegenüberstehende, sich in Axialrichtung des Elektronenstrahls erstreckende Elemente eines Ablenkkondensators hat, wobei jedoch einer Ablenkplatte eine Einrichtung gegenübersteht, die eine Wanderwelleneinrichtung mit Interdigitalstruktur ist. In dieser Interdigitalstruktur läuft die Welle des Ablenksignals, mit dem diese impulstastende Ablenkeinrichtung zu beaufschlagen ist, mit gleicher Geschwindigkeit wie die durch diesen Ablenkkondensator hindurchlaufenden Strahlelektronen. Bei einer Interdigitalstruktur im Sinne der Erfindung handelt es sich um eine mit dem Signal zu beaufschlagenden Fingerleitung, die mit einer zweiten auf Masse liegenden Fingerleitung kämmt.Such short electron beam pulses are realized according to known practice using a pinhole and such a beam deflection device, which are basically two opposing each other has elements of a deflection capacitor extending in the axial direction of the electron beam, but a deflection plate is opposed by a device which is a traveling wave device with an interdigital structure. In this interdigital structure, the wave of the deflection signal with which this pulse-sensing deflection device is to be operated runs at the same speed as the beam electrons passing through this deflection capacitor. An interdigital structure in the sense of the invention is a finger line to be acted upon by the signal, which meshes with a second finger line lying on the ground.

Zum voranstehenden können weitere Einzelheiten den Druckschriften IEEE Transactions and Electron Devices, Bd. ED-19, Nr. 2 (1972) S. 204 - 213 und Scanning Electron Microscopy (1973) (Part I), Proc. of the Sixth Annual Scanning Electron Microscop Symposium, IIT Research Institute, Chicago, Illinois 60616 USA (April 73) und Scanning Electron Microcopy (1976) (Part IV), Proc. of the Workshop on Microelectronic Device Fabrication and Quality Control with SEM, IIT Research Institute (April 1976) entnommen werden. Insbesondere ist in Figur 1 der erstgenannten Druckschrift IEEE .... eine solche Mäanderleitung mit Interdigitalstruktur gezeigt. Aus diesen genannten Druckschriften geht auch die Betriebsweise eines wie bekannten Rasterelektronenmikroskops bzw. der in dessen Elektronenstrab-lsystem befindlichen Ablenkeinrichtung mit Wanderwelle hervor.For details above, IEEE Transactions and Electron Devices, Vol. ED-19, No. 2 (1972) pp. 204-213 and Scanning Electron Microscopy (1973) (Part I), Proc. of the Sixth Annual Scanning Electron Microscop Symposium, IIT Research Institute, Chicago, Illinois 60616 USA (April 73) and Scanning Electron Microcopy (1976) (Part IV), Proc. of the Workshop on Microelectronic Device Fabrication and Quality Control with SEM, IIT Research Institute (April 1976). In particular, FIG. 1 of the first-mentioned publication IEEE .... shows such a meander line with an interdigital structure. The operation of a scanning electron microscope known as it is, or the deflection device with traveling wave located in its electron beam system, also emerges from these publications.

Ein Nachteil einer wie bekannten Ablenkeinrichtung ist, daß das zwischen der Mäanderstruktur und der gegenüberliegenden Elektrode herrschende, zur Elektronenstrahlachse transversale Ablenkfeld zwangsläufig auch eine longitudinale elektrische Feldkomponente hat, die somit eine Beschleunigung oder Verzögerung des Elektronenstrahls bewirkt. Dies führt zu einer im Betrieb bei Veränderung des elektrischen Ablenksignals in der Ablenkeinrichtung auftretenden Defokussierung des auf die zu untersuchende Probe an sich äußerst scharf fokussierten Elektronenstrahls.A disadvantage of a deflection device as known is that the deflection field which is present between the meandering structure and the opposite electrode and which is transverse to the electron beam axis inevitably also has a longitudinal electrical field component which thus accelerates or decelerates the electrons rays. This leads to a defocusing of the electron beam, which is extremely sharply focused on the sample to be examined, which occurs in operation when the electrical deflection signal changes in the deflection device.

Dieser als eine Grundlage der vorliegenden Erfindung erkannte Effekt bei Vorrichtungen des Standes der Technik soll als der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe behoben werden.This effect, which is recognized as a basis of the present invention, in devices of the prior art is to be eliminated as the object on which the present invention is based.

Diese Aufgabe wird bei einer wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist, und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved according to the invention in a device as specified in the preamble of patent claim 1, as indicated in the characterizing part of patent claim 1, and further refinements and developments of the invention emerge from the subclaims.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, im zugrundegelegten Ablenksystem solche Maßnahmen vorzusehen, die dafür sorgen, daß die als nachteilig erkannte, an sich unerwünschte Longitudinalkomponente des transversalen Ablenkfeldes eliminiert wird. Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung wird dies dadurch erreicht, daß die Ablenkeinrichtung einen derartig symmetrischen Aufbau hat, bei dem die beiden als Ablenk-"Platten" im Ablenksystem enthaltenen Ablenkteile einander identisch sind und in Bezug auf die Elektronenstrahlachse zueinander symmetrisch liegen. Mit dieser erfindungsgemäßen Maßnahme wird erreicht, daß bei ebenfalls erfindungsgemäßem Anlegen von zueinander im Vorzeichen entgegengesetzten Ablenksignalen an diese Ablenkteile diese Beziehungen dazu führen, daß in der Elektronenstrahlachse unverändertes Potential herrscht, und zwar auch dann, wenn der Elektronenstrahl-Ablenkvorgang einsetzt und durchgeführt wird. Bei der Erfindung bleibt der Elektronenstrahl bei Ablenkung aus seiner zentralen Lage in der Bohrung der Lochblende weiterhin scharf fokussiert.The solution according to the invention is based on the idea of providing in the underlying deflection system measures which ensure that the longitudinal component of the transverse deflection field which is recognized as disadvantageous and which is in itself undesirable is eliminated. According to the solution according to the invention, this is achieved in that the deflection device has such a symmetrical structure in which the two deflection parts contained as deflection "plates" in the deflection system are identical to one another and are symmetrical to one another with respect to the electron beam axis. With this measure according to the invention it is achieved that when deflection signals, which are also opposite in sign, are applied to these deflection parts, these relationships result in unchanged potential prevailing in the electron beam axis, even when the electron beam deflection process is used and carried out. In the invention, the electron beam remains deflected from its central position in the hole in the pinhole continue to be sharply focused.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.Further explanations of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment.

  • Fig. 1 zeigt eine wie erfindungsgemäße Ablenkeinrichtung in einem Ablenksystem.1 shows a deflection device according to the invention in a deflection system.
  • Fig. 2 zeigt eine Ablenkeinrichtung in Einzelheiten.Fig. 2 shows a deflection device in detail.
  • Fig. 3 zeigt die Superposition der Potentiale.3 shows the superposition of the potentials.
  • Fig. 4 zeigen ein Beispiel zur Impulserzeugung. und 5Fig. 4 show an example of pulse generation. and 5

Fig. 1 zeigt eine wie erfindungsgemäße Ablenkeinrichtung in einem Ablenksystem 3 in einem Elektronenstrahlgerät 1. Mit 11 ist die Kathode, mit 12 die Wehnelt-Elektrode und mit 13 die als Lochscheibe ausgebildete Anode bezeichnet. Eine erste Lochblende ist mit 14 bezeichnet. Diese hat eine Öffnung von z. B. 100 µm Durchmesser. Der Elektronenstrahl 15 geht von der Kathode 11 durch das Loch der Anode 13 und die Lochblende 14 hindurch. Er geht dann weiter durch das Ablenksystem 3 und bei fehlender Ablenkung durch eine zweite Lochblende 16 hindurch, die eine Bohrung von z. B. 300 /um Durchmesser hat. Weiter tritt der Elektronenstrahl 1.5 dann in das Innere eines Vakuumrohres 17 ein, in dem er dann z. B. für eine Rasterabtastung eine weitere Ablankung, etwa mit Hilfe nicht dargestellter magnetischer Ablenkeinrichtungen (wie von Fernsehbildröhren her bekannt) erfährt. Die Teile 11 bis 16 und das Ablenksystem 3 befinden sich zusammen im Innern eines vakuumdichten Gehäuses, das der Übersichtlichkeit halber in der Fig. 1 nicht dargestellt ist.1 shows a deflection device according to the invention in a deflection system 3 in an electron beam device 1. 11 denotes the cathode, 12 the Wehnelt electrode and 13 the anode which is designed as a perforated disc. A first pinhole is designated 14. This has an opening of z. B. 100 microns in diameter. The electron beam 15 passes from the cathode 11 through the hole of the anode 13 and the pinhole 14. He then continues through the deflection system 3 and in the absence of deflection through a second pinhole 16, which has a bore of z. B. 300 / um diameter. Next, the electron beam 1.5 then enters the interior of a vacuum tube 17, in which it then z. B. for a raster scan a further flanking, for example with the aid of magnetic deflection devices, not shown (as known from television picture tubes). The parts 11 to 16 and the deflection system 3 are located inside a vacuum-tight housing, which is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity.

Die Ablenkeinrichtung 3 hat zwei Ablenkteile 31 und 32, die Träger der eigentlichen Ablenkplatten 33 und 34 sind. Zur Justierung der Ablenkteile 31 und 32 und damit auch der Platten 33 und 34 sind Einrichtungen 41 und 42 vorgesehen, mit denen die Teile 31 und 32 über Wellen 43 bzw. 44 verbunden sind. Mit 431 und 441 sind Dichtungsringe bezeichnet, womit erkennbar ist, daß sich die Justiereinrichtungen 41 und 42 außerhalb des oben erwähnten, nicht dargestellten vakuumdichten Gehäuses befinden. Wie mit den Doppelpfeilen 45 und 46 angedeutet, lassen sich mit den einzelnen Bestandteilen der Justiereinrichtungen 41 und 42 seitliche und winkelmäßige Verschiebungen der Ablenkteile 31 und 32, bezogen auf die Strahlachse 15 im Innern des Vakuumgehäuses, vornehmen.The deflection device 3 has two deflection parts 31 and 32, which are the carriers of the actual deflection plates 33 and 34. Devices 41 and 42 are provided for adjusting the deflection parts 31 and 32 and thus also the plates 33 and 34, with which the parts 31 and 32 are connected via shafts 43 and 44, respectively. With 431 and 441 sealing rings are designated, with which it can be seen that the adjusting devices 41 and 42 are outside the above-mentioned, not shown vacuum-tight housing. As indicated by the double arrows 45 and 46, lateral and angular displacements of the deflection parts 31 and 32 with respect to the beam axis 15 inside the vacuum housing can be carried out with the individual components of the adjusting devices 41 and 42.

Die oben als Platten bezeichneten Teile 33 und 34 haben, wie dies besser aus der Fig. 2 in einer Aufsicht einer solchen Platte 33 zu ersehen ist, eine Interdigitalstruktur 51. Diese besteht aus einem mäanderförmigen Leiterbahnzug 52 und einer mit 53 bezeichneten Abschirm-Leiterbahnstruktur. Die Struktur 53 liegt, wie schematisch dargestellt,, auf Masse. Die Leiterbahnstruktur 52 hat einen wie schematisch angedeuteten Eingangsanschluß 521 und einen Ausgangsanschluß 522, der über einen Anschlußwiderstand 523 ebenfalls an Masse liegt. Ein über den Eingang 521 in die Leiterbahnstruktur 52 gelangendes Hochfrequenzsignal verläuft dort entsprechend der mäanderförmigen Wegstrecke in der mit dem Pfeil 15 dargestellten Richtung gesehen entsprechend der Wegverlälngerung verzögert. Diese Arbeitsweise einer Interdigitalstruktur 51 ist für den Fachmann hinlänglich bekannt und der Pfeil 15 der Fig. 2 ist identisch mit der in Fig. 1 angegebenen Strahlachse bzw. mit dem dort eingezeichneten Elektronenstrahl 15. Die mit 53 bezeichnete Struktur dient mit ihren in die Mäander der Struktur 52 eingreifenden Finger der Vermeidung von Dispersionseigenschaften, wie dies an sich im Prinzip bekannt ist. Die Bemessung einer Interdigitalstruktur 51 hängt in an sich bekannter Weise von der Strahlgeschwindigkeit, d. h. der Beschleunigungsspannung, des Elektronenstrahls 51 in ebenfalls bekannter Weise ab. Die Interdigitalstruktur 51 kann eine freitragend aufgebaute oder auch auf eine Platte aus dielektrischem Material aufgebrachte Leiterbahnstruktur sein. Beide Ablenkteile 31 und 32 haben erfindungsgemäß identische Interdigitalstrukturen 51 an der Stelle der erwähnten Platten 33 und 34.The parts 33 and 34 referred to above as plates have an interdigital structure 51, as can be seen better from FIG. 2 in a top view of such a plate 33. This consists of a meandering conductor track 52 and a shielding conductor track structure designated 53. The structure 53 is, as shown schematically, on ground. The conductor track structure 52 has an input connection 521, as indicated schematically, and an output connection 522, which is also connected to ground via a connection resistor 523. A high-frequency signal entering the conductor structure 52 via the input 521 there is delayed in accordance with the meandering path in the direction shown by the arrow 15, corresponding to the path lengthening. This mode of operation of an interdigital structure 51 is well known to the person skilled in the art and the arrow 15 of FIG. 2 is identical to the beam axis indicated in FIG. 1 or with the electron beam 15 drawn in there. The structure designated 53 serves with its meandering shape Structure 52 engaging fingers avoiding dispersion properties as is known in principle. The dimensioning of an interdigital structure 51 depends in a manner known per se on the beam velocity, ie the acceleration voltage, of the electron beam 51 in a manner which is also known. The interdigital structure 51 can be a cantilever structure or also on a plate made of dielectric material. According to the invention, both deflection parts 31 and 32 have identical interdigital structures 51 at the location of the plates 33 and 34 mentioned.

Wie dies in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber an sich nicht dargestellt ist, werden den Interdigitalstrukturen 51 der beiden Platten 33 und 34 an den Anschlüssen 521 Ablenksignale zugeführt, die einander entgegengesetzte Polarität in den beiden einander gegenüberstehenden Interdigitalstrukturen haben. Diese der Erfindung gemäße Maßnahme bewirkt, daß selbst bei Vorhandensein von von Null verschiedenen Potentialen in den einander gegenüberliegenden Interdigitalstrukturen 51 das Potential in der Strahlachse 15 zumindest aus diesen dem Ablenksystem 3 zugeführten Signalen keine Feldkomponente in longitudinaler Richtung erfährt. Von den Signalen auf den einander gegenüberstehenden Interdigitalstrukturen 51 werden nur transversale Felder auf den Elektronenstrahl 15 wirksam, und zwar mit den Elektronen des Elektronenstrahls 15 mit gleicher Geschwindigkeit laufend. Der Synchronismus zwischen Elektronenstrahl und Ablenksignal auf dem Mäander der Leiterbahnstruktur 52 bewirkt über die Länge der Platten 33 und 34 hinweg eine dauernd gleichbleibende Ablenkeinwirkung auf die sich synchron im Elektronenstrahl fortbewegenden Elektronen.As is not shown per se in FIG. 1 for the sake of clarity, the interdigital structures 51 of the two plates 33 and 34 are supplied with deflection signals at the connections 521, which have opposite polarities in the two mutually opposing interdigital structures. This measure according to the invention has the effect that even if there are non-zero potentials in the mutually opposite interdigital structures 51, the potential in the beam axis 15 does not experience any field component in the longitudinal direction at least from these signals supplied to the deflection system 3. Of the signals on the mutually opposing interdigital structures 51, only transverse fields are effective on the electron beam 15, namely with the electrons of the electron beam 15 running at the same speed. The synchronism between the electron beam and the deflection signal on the meander of the conductor track structure 52 brings about a constant, constant deflection action over the length of the plates 33 and 34 on the electrons traveling synchronously in the electron beam.

Ab einer bestimmten Ablenkspannung zwischen den einander gegenüberliegenden Interdigitalstrukturen 52 erfahren die Elektronen des Elektronenstrahles 15 dann eine-derart große Ablenkung, daß sie nicht mehr durch die Öffnung der Lochblende 16 hindurchtreten und somit aus dem Elektronenstrahl ausgeblendet sind. Mit der Erfindung ist sichergestellt, daß Elektronen, die eine Ablenkung erfahren, durch die sie noch nicht ausgeblendet werden, zumindest keine longitudinale Beschleunigung erfahren, die zu einer wie beim Stand der Technik als störend festgestellten Defokussierung am Zielort führen kann.From a certain deflection voltage between the mutually opposing interdigital structures 52, the electrons of the electron beam 15 then experience one such great distraction that they no longer pass through the opening of the pinhole 16 and are thus hidden from the electron beam. The invention ensures that electrons, which experience a deflection by which they are not yet faded out, at least do not experience any longitudinal acceleration, which, as in the prior art, can lead to defocusing at the target location, which has been found to be disruptive.

Fig. 3 zeigt schematisch in einem Schaubild die beiden Signalspannungen 61 und 62, die an die jeweiligen Eingangsanschlüsse 521 der Interdigitalstrukturen 51 der beiden Ablenkteile 33 und 34 zur Strahleintastung anzulegen sind.3 shows a schematic diagram of the two signal voltages 61 and 62 which are to be applied to the respective input connections 521 of the interdigital structures 51 of the two deflection parts 33 and 34 for beam scanning.

Auf der Abszisse der Fig. 3 ist die Zeit aufgetragen. Auf der Ordinate ist nach oben das positive Potential der einen der beiden Interdigitalstrukturen 51 und nach unten das negative Potential der gegenüberliegenden anderen Interdigitalstruktur 51 aufgetragen. Bei der hier vorgesehenen Elektronenstrahleintastung ist es der Normalfall, daß der Elektronenstrahl ausgetastet ist, d. h. derart abgelenkt ist, daß er nicht durch die in Fig. 1 dargestellte Lochblende 16 hindurchtreten kann. Erst im eingetasteten Zustand verläuft der Elektronenstrahl auf der in Fig. 1 dargestellten Strahlachse 15 und damit durch diese Lochblende 16 hindurch. Während der Zeit, während der der Elektronenstrahl ausgetastet ist, liegen an den beiden gegenüberliegenden Platten 33 und 34 bzw. an den beiden gegenüberliegenden Interdigitalstrukturen 51 entgegengesetzte, mit 101 und 102 bezeichnete Gleichspannungspotentiale an, die ein quergerichtetes elektri-. sches Ablenkfeld auf den Elektronenstrahl einwirken lassen. Mit 103 und 104 sind Impulse einander entgegengesetzter Polarität in der Form von Sinushalbwellen bezeichnet, die die erwähnten Ablenksignale mit zueinander entgegengesetztem Vorzeichen sind. Mit den gestrichelten Linien 105 und 106 sind zwei Potentialwerte bezeichnet, die die Schwelle für die Elektronenstrahleintastung angeben. Die senkrechten gestrichelten Linien 107 und 108 schließen den zeitlichen Bereich der Elektronenstrahleinrichtung ein, der z. B. eine Länge von 350 psec hat. Es ist aus der Fig. 3 erkennbar, daß über beträchtliche Zeitanteile hinweg während der Eintastung des Elektronenstrahles noch ein Querfeld auf die Elektronen einwirkt. Erfindungsgemäß wirkt auf diese Elektronen aber in dieser Zeit kein Longitudinalfeld ein, das - wie dies der Erfinder erkannt hat - zu den Mängeln bei entsprechenden Vorrichtungen des Standes der Technik geführt hat.The time is plotted on the abscissa of FIG. 3. The ordinate plots the positive potential of one of the two interdigital structures 51 upwards and the negative potential of the other interdigital structure 51 on the opposite side. With the electron beam scanning provided here, it is the normal case that the electron beam is blanked, ie deflected in such a way that it cannot pass through the pinhole 16 shown in FIG. 1. The electron beam only runs on the beam axis 15 shown in FIG. 1 and thus through this pinhole 16 in the inserted state. During the time during which the electron beam is blanked out, there are opposite DC potentials, designated 101 and 102, on the two opposite plates 33 and 34 or on the two opposite interdigital structures 51, which a transverse electric. allow the deflection field to act on the electron beam. With 103 and 104 pulses of opposite polarity in the form of sine half-waves are designated, which the mentioned deflection signals with each other are opposite signs. The dashed lines 105 and 106 denote two potential values which indicate the threshold for electron beam scanning. The vertical dashed lines 107 and 108 enclose the time range of the electron beam device, which, for. B. has a length of 350 psec. It can be seen from FIG. 3 that a transverse field acts on the electrons over a considerable period of time during the scanning of the electron beam. According to the invention, however, no longitudinal field acts on these electrons during this time, which - as the inventor has recognized - has led to the defects in corresponding devices of the prior art.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß für die Eintastung des Elektronenstrahles nicht in jedem Falle eine wie mit 16 bezeichnete Lochblende erforderlich ist. Der während der Zeiten des Elektronenstrahles vorliegende Elektronenstrahlstrom kann anstatt auf eine Blende 16 auch auf die Platten der Ablenkeinrichtung (aus der Strahlachse) weggelenkt werden, denn ebenso wie bei bekannten entsprechenden Vorrichtungen ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß die einander gegenüberstehenden Platten 33 und 34 bzw. die einander gegenüberstehenden Interdigitalstrukturen 51 nur einen geringen Abstand voneinander haben und gerade genügend Raum dazwischen verbleibt, um den Elektronenstrahl (bei Elektronenstrahleintastung) ungehindert hindurchzulassen.For the sake of completeness, it should be pointed out that a pinhole as denoted by 16 is not always required for scanning the electron beam. The electron beam current present during the times of the electron beam can also be deflected away onto the plates of the deflection device (from the beam axis) instead of onto an aperture 16, because, as with known corresponding devices, the device according to the invention also provides that the plates 33 and 34 or the mutually opposing interdigital structures 51 are only a short distance from one another and there is just enough space in between to allow the electron beam to pass through (when electron beam scanning).

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektronenstrahleintastung läßt sich über die obige Problemlösung hinausgehend eine extrem kurzzeitige Strahlimpulstastung mit wiederholbar exaktem Impulsanfang und -ende durchführen. Dazu werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an die beiden symmetrisch zur Strahlachse angeordneten Ablenkteile des Ablenksystems Impulse mit steilen Flanken, jedoch nicht notwendigerweise kurzer Impulsbreite angelegt. Der an das eine Ablenkteil angelegte Impuls ist aber gegenüber dem an das gegenüberliegende Ablenkteil angelegten anderen Impuls zeitlich derart verschoben, daß nur eine zeitlich geringe Überlappung der beiden Impulse (gesehen im Zeitdiagramm) vorliegt.With a device for electron beam scanning according to the invention, an extremely short-term beam pulse scanning with repeatable exact start and end of the pulse can be carried out in addition to the above problem solution. For this purpose, according to a development of the invention, the two are symmetrical about the beam axis arranged deflection parts of the deflection system impulses with steep flanks, but not necessarily short impulse width. However, the pulse applied to one deflection part is shifted in time relative to the other pulse applied to the opposite deflection part such that there is only a slight temporal overlap of the two pulses (seen in the time diagram).

Die Fig. 4 und 5 zeigen die vorangehend geschilderten Verhältnisse in leicht verständlicher Form. Im allgemeinen stimmen die Einzelheiten der Darstellung der Fig. 4 mit denjenigen der Fig. 3 überein. Jedoch sind die Impulse 203 und 204, die an den jeweils einander gegenüber-. stehenden Ablenkteilen 33, 34 anliegen, wie ersichtlich zeitlich verschoben. Es liegt nur ein relativ kurzes Zeitintervall 210 vor, während dem beide Impulse 203 und 204 gegeneinander eine solche Potentialdifferenz haben, daß der Strahl 15 die Einrichtung ohne Strahlablenkung, z. B. die Blende 16, axial und ohne Defokussierung durchsetzt. Während dieses Zeitintervalles tritt der in Fig. 5 dargestellte, relativ kurze Strahlimpuls 200 auf. Seine Flanken hängen sowohl von den Flanken der Impulse 203 und 204 als auch von der Steuerempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung ab. Für eine kurze Impulsbreite sind vorteilhafterweise keine vergleichbar kurzen Impulse erforderlich, sondern es genügen Impulse wie dargestellter vergleichsweise erheblich größerer Breite. Solche Impulse lassen sich aber in einfacher Weise erzeugen.4 and 5 show the above-described relationships in an easily understandable form. In general, the details of the illustration in FIG. 4 correspond to those in FIG. 3. However, pulses 203 and 204 are opposite to each other. standing deflection parts 33, 34 rest, as can be seen shifted in time. There is only a relatively short time interval 210 during which the two pulses 203 and 204 have such a potential difference with respect to one another that the beam 15 detects the device without beam deflection, e.g. B. the aperture 16, axially and without defocusing. The relatively short beam pulse 200 shown in FIG. 5 occurs during this time interval. Its edges depend both on the edges of the pulses 203 and 204 and on the control sensitivity of the device according to the invention. For a short pulse width, no comparably short pulses are advantageously required, but pulses such as the comparatively considerably larger width shown are sufficient. Such impulses can be generated in a simple manner.

Legt man jedoch mit Fig. 3 vergleichbar kurze Impulse an die Ablenkteile an, ergibt sich ein entsprechend extrem kurzer Impuls.However, if you apply pulses of comparable length to the deflection parts with FIG. 3, a correspondingly extremely short pulse results.

Für weitere Einzelheiten der Fig. 4 sei auf die Beschreibung zur Fig. 3 verwiesen.For further details of FIG. 4, reference is made to the description of FIG. 3.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Elektronenstrahleintastung für ein Elektronenstrahlsystem, geeignet für ein Rasterelektronenmikroskop, eine Elektronenstrahlschreibvorrichtung und dergl., mit einem Ablenksystem zur zeitlich steuerbaren Ablenkung des Elektronenstrahles aus seiner vorgesehenen Strahlachse zur Strahlaustastung, wobei das Ablenksystem eine Ablenkeinrichtung mit zur Strahlgeschwindigkeit angepaßter Laufzeitwirkung für das Ablenksignal hat, gekennzeichnet dadurch , daß die Ablenkeinrichtung (31, 32) bezogen auf die Strahlachse (15) zueinander symmetrische Teile (33, 34, 51) hat, an die Ablenksignale mit jeweils zueinander entgegengesetztem Vorzeichen anzulegen sind, so daß auch bei Strahlablenkung gleichbleibendes axiales Potential vorliegt.1. An apparatus for electron beam scanning for an electron beam system, suitable for a scanning electron microscope, an electron beam writing device and the like. With a deflection system for the time-controllable deflection of the electron beam from its intended beam axis for beam blanking, the deflection system having a deflection device with a delay time effect adapted to the beam speed for the deflection signal , characterized in that the deflection device (31, 32) has mutually symmetrical parts (33, 34, 51) with respect to the beam axis (15), to which deflection signals are to be applied with opposite signs in each case, so that the axial potential remains constant even when the beam is deflected is present. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der Strahlachse eine Lochblende (16) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a pinhole (16) is arranged in the beam axis. 3. Betrieb einer Vorrichtung zur Elektronenstrahleintastung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch , daß für eine kurzzeitige Elektronenstrahleintastung unter Verwendung vergleichsweise breiter Impulse an die Ablenkeinrichtung (31, 32) gegeneinander zeitlich verschobene Impulse angelegt werden, die zeitlich um nur ein geringes Maß überlappen (Fig. 4).3. Operation of a device for electron beam scanning according to claim 1 or 2, characterized in that for a short-term electron beam scanning using comparatively wide pulses to the deflection device (31, 32) against each other temporally shifted pulses are applied, which overlap in time by only a small amount ( Fig. 4).
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